物理實驗方案的設(shè)計專題

1、物理實驗方案的設(shè)計專題一、考點分析1實驗試題是內(nèi)容最豐富、最具活力、最具有發(fā)展前途的試題類型，高考大綱把實驗?zāi)芰Ω爬椤耙荒苋龝?。從近幾年高考實驗題看，已從19個主實驗范圍內(nèi)考查原理、步驟、選擇、處理數(shù)據(jù)、誤差分析，慢慢過渡到要求學生學會用所學過的實驗原理、方法，使用過的儀器，解決立意新穎、靈活的實驗問題。2實驗題著力滲透高考改革的重點要求，強化對考生能力特別是創(chuàng)造能力的考查力度。近幾年試題從儀器使用、裝置改造、新開發(fā)、電路設(shè)計等多方面設(shè)置了新穎的物理情境，為考生創(chuàng)造力的發(fā)揮提供了廣闊的思維空間。從命題趨勢來看，2006年全國大部分地區(qū)都是理科綜合考試，以培養(yǎng)人材為目標的素質(zhì)教育，將會在高考

2、中進一步體現(xiàn)，特別是新教材改革之后，理綜試卷中對實驗的考查呈逐年上升的趨勢。3近幾年，高考實驗題發(fā)生了明顯的變化，已跳出了課本分組實驗的范圍，不僅延伸到演示實驗中，而且出現(xiàn)了設(shè)計型實驗。關(guān)于試驗?zāi)芰μ岢隽恕澳莒`活地運用已學過的物理理論、實驗方法和實驗儀器去處理問題”，在理科綜合考試說明中，更明確地把“設(shè)計和完成實驗的能力”作為五個考試目標中的一個目標。二、重點知識講解1.關(guān)于誤差系統(tǒng)誤差: 由于儀器本身不精確，或?qū)嶒灧椒ù致?，或?qū)嶒炘聿煌晟飘a(chǎn)生的.偶然誤差: 由于各種偶然因素對實驗者、測量儀器、被測物理量的影響而產(chǎn)生的2.關(guān)于有效數(shù)字（1）有效數(shù)字：帶有一位不可靠數(shù)字的近似數(shù)字叫做有效數(shù)字。

3、有效數(shù)字的最后一位是誤差所在位。（2）有效數(shù)字位數(shù)的判定方法從左往右數(shù)，從第一個不為零的數(shù)字起，數(shù)到右邊最末一位估讀數(shù)字止。有效數(shù)字的位數(shù)與小數(shù)點的位置無關(guān)，可以采用科學記數(shù)法來表示。如：0.0735cm=7.3510-2cm以從左往右第一個不為零數(shù)字為標準，其左邊的“0”不是有效數(shù)字其右邊的“0”是有效數(shù)字。如：0.0123是3位有效數(shù)字，0.01230是4位有效數(shù)字。作為有效數(shù)字的“0”，不可省略不寫。如不能將1.350cm寫成1.35cm，因為它們的誤差不相同。凡是用測量儀器直接測量的結(jié)果，讀數(shù)一般要求在讀出儀器最小刻度所在位的數(shù)值（可靠數(shù)字）后，再向下估讀一位（不可靠數(shù)字），這里不受有

4、效數(shù)字位數(shù)的限制。間接測量的有效數(shù)字運算不作要求，運算結(jié)果一般可用23位有效數(shù)字表示。三.基本測量儀器及讀數(shù)高考要求會正確使用的儀器主要有：刻度尺、游標卡尺、螺旋測微器、天平、秒表、打點計時器、彈簧秤、溫度表、電流表、電壓表、多用電表、滑動變阻器、電阻箱等等。1.理解儀器的工作原理。這能使我們靈活的使用儀器和分析問題。例如，理解10分度的游標卡尺，也就能理解和使用20分度和50分度的游標卡尺。2.熟悉儀器使用時的注意事項。這往往是高考實驗題的考點。注意事項一般是這樣幾方面：可能危及儀器安全的。如：螺旋測微器，在小砧快接觸工件時，應(yīng)改用微調(diào)旋鈕，以免損壞精密螺桿?？赡茉龃笳`差的。如使用螺旋測微器

5、，讀數(shù)時要注意半毫米刻度；測量儀器使用前，要調(diào)整零位（如彈簧秤、各種電表）。使用時容易忽略的。最容易忽略的是儀器使用前的調(diào)整和使用后的復(fù)位。如：使用歐姆表，要機械調(diào)零和電阻檔調(diào)零，換檔后要重新進行電阻檔調(diào)零，使用完畢要復(fù)位。3.正確選擇量程。大的量用小量程，會損毀儀表；小的量用大量程，會增大誤差。選擇量程的原則是：在測量值不超過量程的前提下，選用盡量小的量程；在完全不清楚測量值的情況下，試用最大量程，再視情況逐漸減小量程。如電流表和電壓表一般要求指針能偏轉(zhuǎn)到刻度盤的以上；歐姆表指針應(yīng)在范圍內(nèi)， 為刻度盤中心阻值。4.掌握測量儀器的讀數(shù)方法。主要是估讀問題，大部分刻度儀器讀數(shù)時都需要估讀。如刻度

6、尺和溫度計，要估讀到最小刻度的；螺旋測微器要估讀到可動刻度的。四.重點實驗點拔必考部分1互成角度度兩個力的合成該實驗是要用互成角度的兩個力和另一個力產(chǎn)生相同的效果，看其用平行四邊形定則求出的合力與這一個力是否在實驗誤差允許范圍內(nèi)相等，如果在實驗誤差允許范圍內(nèi)相等，就驗證了力的合成的平行四邊形定則。2探究彈力和彈簧伸長的關(guān)系（胡克定律）利用右圖裝置，改變鉤碼個數(shù)，測出彈簧總長度和所受拉力（鉤碼總重量）的多組對應(yīng)值，填入表中。算出對應(yīng)的彈簧的伸長量。在坐標系中描點，根據(jù)點的分布作出彈力F隨伸長量x而變的圖象，從而發(fā)確定F-x間的函數(shù)關(guān)系。解釋函數(shù)表達式中常數(shù)的物理意義及其單位。該實驗要注意區(qū)分彈簧

7、總長度和彈簧伸長量。對探索性實驗，要根據(jù)描出的點的走向，嘗試判定函數(shù)關(guān)系。（這一點和驗證性實驗不同。）3研究勻變速直線運動t/s0 T 2T 3T 4T 5T 6Tv/(ms-1)BCDs1s2s3A圖為打點計時器打下的紙帶。選點跡清楚的一條，舍掉開始比較密集的點跡，從便于測量的地方取一個開始點O，然后每5個點取一個計數(shù)點A、B、C、D 。測出相鄰計數(shù)點間的距離s1、s2、s3 利用打下的紙帶可以：求任一計數(shù)點對應(yīng)的即時速度v：如(其中T=50.02s=0.1s）利用“逐差法”求a：利用上圖中任意相鄰的兩段位移求a：如利用v-t圖象求a：求出A、B、C、D、E、F各點的即時速度，畫出如右的v-

8、t圖線，圖線的斜率就是加速度a。4研究平拋物體的運動該實驗的實驗原理：平拋運動可以看成是兩個分運動的合成：一個是水平方向的勻速直線運動，其速度等于平拋物體的初速度；另一個是豎直方向的自由落體運動。利用有孔的卡片確定做平拋運動的小球運動時的若干不同位置，然后描出運動軌跡，測出曲線任一點的坐標x和y，利用、就可求出小球的水平分速度，即平拋物體的初速度,注意事項有：斜槽末端的切線必須水平。用重錘線檢驗坐標紙上的豎直線是否豎直。以斜槽末端所在的點為坐標原點。如果是用白紙，則應(yīng)以斜槽末端所在的點為坐標原點，在斜槽末端懸掛重錘線，先以重錘線方向確定y軸方向，再用直角三角板畫出水平線作為x軸，建立直角坐標系

9、。每次小球應(yīng)從斜槽上的同一位置由靜止開始下滑。01 2 3 4 55驗證機械能守恒定律驗證自由下落過程中機械能守恒，圖示紙帶的左端是用夾子夾重物的一端。要多做幾次實驗，選點跡清楚，且第一、二兩點間距離接近2mm的紙帶進行測量。用刻度尺量出從0點到1、2、3、4、5各點的距離h1、h2、h3、h4、h5，利用“勻變速直線運動中間時刻的即時速度等于該段位移內(nèi)的平均速度”，算出2、3、4各點對應(yīng)的即時速度v2、v3、v4，驗證與2、3、4各點對應(yīng)的重力勢能減少量mgh和動能增加量是否相等。由于摩擦和空氣阻力的影響，本實驗的系統(tǒng)誤差總是使本實驗不需要在打下的點中取計數(shù)點。也不需要測重物的質(zhì)量。6伏安法

10、測電阻a bRRVAVAa b伏安法測電阻有a、b兩種接法，a叫(安培表)外接法，b叫（安培表）內(nèi)接法。外接法的系統(tǒng)誤差是由電壓表的分流引起的，測量值總小于真實值，小電阻應(yīng)采用外接法；內(nèi)接法的系統(tǒng)誤差是由電流表的分壓引起的，測量值總大于真實值，大電阻應(yīng)采用內(nèi)接法。如果無法估計被測電阻的阻值大小，可以利用試觸法：如圖將電壓表的左端接a點，而將右端第一次接b點，第二次接c點，觀察電流表和電壓表的變化，若電流表讀數(shù)變化大，說明被測電阻是大電阻，應(yīng)該用內(nèi)接法測量；若電壓表讀數(shù)變化大，說明被測電阻是小電阻，應(yīng)該用外接法測量。（這里所說的變化大，是指相對變化，即I/I和U/U）。（1）滑動變阻器的連接VA

11、VA圖5-10滑動變阻器在電路中也有a、b兩種常用的接法：a叫限流接法，b叫分壓接法。分壓接法被測電阻上電壓的調(diào)節(jié)范圍大。當要求電壓從零開始調(diào)節(jié)，或要求電壓調(diào)節(jié)范圍盡量大時應(yīng)該用分壓接法。用分壓接法時，滑動變阻器應(yīng)該選用阻值小的；用限流接法時，滑動變阻器應(yīng)該選用阻值和被測電阻接近的。（2）實物圖連線技術(shù)無論是分壓接法還是限流接法都應(yīng)該先把伏安法部分接好；對限流電路，只需用筆畫線當作導(dǎo)線，從電源正極開始，把電源、電鍵、滑動變阻器、伏安法四部分依次串聯(lián)起來即可（注意電表的正負接線柱和量程，滑動變阻器應(yīng)調(diào)到阻值最大處）。對分壓電路，應(yīng)該先把電源、電鍵和滑動變阻器的全部電阻絲三部分用導(dǎo)線連接起來，然后

12、在滑動變阻器電阻絲兩端之中任選一個接頭，比較該接頭和滑動觸頭兩點的電勢高低，根據(jù)伏安法部分電表正負接線柱的情況，將伏安法部分接入該兩點間。7描繪小電珠的伏安特性曲線因為小電珠（即小燈泡）的電阻較?。?0左右）所以應(yīng)該選用安培表外接法。U/VI/AO小燈泡的電阻會隨著電壓的升高，燈絲溫度的升高而增大，所以U-I曲線不是直線。為了反映這一變化過程，燈泡兩端的電壓應(yīng)該由零逐漸增大到額定電壓。所以滑動變阻器必須選用分壓接法。在上面實物圖中應(yīng)該選用右面的那個圖，開始時滑動觸頭應(yīng)該位于左端（使小燈泡兩端的電壓為零）。由實驗數(shù)據(jù)作出的I-U曲線如右，說明燈絲的電阻隨溫度升高而增大，也就說明金屬電阻率隨溫度升

13、高而增大。（若用U-I曲線，則曲線的彎曲方向相反。）若選用的是標有“3.8V 0.3A”的小燈泡，電流表應(yīng)選用0-0.6A量程；電壓表開始時應(yīng)選用0-3V量程，當電壓調(diào)到接近3V時，再改用0-15V量程。8測定金屬的電阻率被測電阻絲的電阻較小，所以選用電流表外接法；本實驗不要求電壓調(diào)節(jié)范圍，可選用限流電路。因此選用上面左圖的電路。開始時滑動變阻器的滑動觸頭應(yīng)該在右端。本實驗通過的電流不宜太大，通電時間不能太長，以免電阻絲發(fā)熱后電阻率發(fā)生明顯變化。9用電流表和電壓表測電池的電動勢和內(nèi)電阻根據(jù)閉合電路歐姆定律：E=U+Ir，本實驗電路中電壓表的示數(shù)是準確的，電流表的示數(shù)比通過電源的實際電流小，所以

14、本實驗的系統(tǒng)誤差是由電壓表的分流引起的。為了減小這個系統(tǒng)誤差， 電阻R的取值應(yīng)該小一些，所選用的電壓表的內(nèi)阻應(yīng)該大一些。VARSU/VI/Ao0.2 0.4 0.63.02.01.0為了減小偶然誤差，要多做幾次實驗，多取幾組數(shù)據(jù)，然后利用U-I圖象處理實驗數(shù)據(jù)：將點描好后，用直尺畫一條直線，使盡量多的點在這條直線上，而且在直線兩側(cè)的點數(shù)大致相等。這條直線代表的U-I關(guān)系的誤差是很小的。它在U軸上的截距就是電動勢E（對應(yīng)的I=0），它的斜率的絕對值就是內(nèi)阻r。（特別要注意：有時縱坐標的起始點不是0，求內(nèi)阻的一般式應(yīng)該是r=|U/I |）。為了使電池的路端電壓變化明顯，電池的內(nèi)阻宜大些（選使用過一

15、段時間的1號電池）GR2R1K2K1E10把電流表改裝為電壓表此實驗分三大步驟：用半偏法測定電流表頭的內(nèi)阻Rg。根據(jù)擴大量程的需要調(diào)節(jié)跟電流表頭串聯(lián)電阻箱的阻值，把電流表改裝成電壓表，并改寫表盤刻度。將改裝的電壓表跟標準電壓表進行校對，分析誤差原因，并進行校準。11用多用電表測探測黑箱內(nèi)電學元件使用前應(yīng)查看指針是否指在刻度盤左端零刻線處。如不在，應(yīng)進行機械調(diào)零。方法是用小螺絲刀輕旋表頭正下方中央處的調(diào)零螺絲，使指針指左端零刻線。根據(jù)被測物理量及其數(shù)量級將選擇開關(guān)旋到相應(yīng)的位置。讀數(shù)時還要注意選用刻度盤上對應(yīng)的量程刻度。（如測量20mA左右的直流電流，應(yīng)將選擇開關(guān)對準左邊100mA量程處；在刻度

16、盤上，應(yīng)該看最下一行刻度，即滿偏刻度為10的刻度線，從刻度盤讀出數(shù)據(jù)后還應(yīng)再乘10，得測量結(jié)果。）使用歐姆擋時，用多用電表的歐姆擋測電阻。使用多用電表時，兩只手只能握住表筆的絕緣棒部分，不能接觸表筆上的金屬部分（首先是為了安全；其次兩手之間的人體電阻將與被測電路并聯(lián)，改變了電路結(jié)構(gòu)）。不論使用多用電表的哪個擋，電流總是從多用電表的正接線柱（紅表筆）進入電表，而從負接線柱（黑表筆流出）。選考部分12驗證動量守恒定律（選考內(nèi)容）OO /MPN2r重垂線由于v1、v1/、v2/均為水平方向，且它們的豎直下落高度都相等，所以它們飛行時間相等，若以該時間為時間單位，那么小球的水平射程的數(shù)值就等于它們的水

17、平速度。在右圖中分別用OP、OM和O /N表示。因此只需驗證：m1OP=m1OM+m2(O /N-2r）即可。注意事項：必須以質(zhì)量較大的小球作為入射小球（保證碰撞后兩小球都向前運動）。小球落地點的平均位置要用圓規(guī)來確定：用盡可能小的圓把所有落點都圈在里面，圓心就是落點的平均位置。所用的儀器有：天平、刻度尺、游標卡尺（測小球直徑）、碰撞實驗器、復(fù)寫紙、白紙、重錘、兩個直徑相同質(zhì)量不同的小球、圓規(guī)。若被碰小球放在斜槽末端，而不用支柱，那么兩小球?qū)⒉辉偻瑫r落地，但兩個小球都將從斜槽末端開始做平拋運動，于是驗證式就變?yōu)椋簃1OP=m1OM+m2ON，兩個小球的直徑也不需測量了。13用單擺測定重力加速度

18、（選考內(nèi)容）擺長的測量：讓單擺自由下垂，用米尺量出擺線長L/（讀到0.1mm），用游標卡尺量出擺球直徑（讀到0. 1mm）算出半徑r，則擺長L=L/+r開始擺動時需注意：擺角要小于5（保證做簡諧運動）；不要使擺動成為圓錐擺。必須從擺球通過最低點時開始計時，測出單擺做50次全振動所用的時間，算出周期的平均值T。改變擺長重做幾次實驗，計算每次實驗得到的重力加速度，再求這些重力加速度的平均值。14用油膜法估測分子的大?。ㄟx考內(nèi)容）實驗前應(yīng)預(yù)先計算出每滴油酸溶液中純油酸的實際體積：先了解配好的油酸溶液的濃度，再用量筒和滴管測出每滴溶液的體積，由此算出每滴溶液中純油酸的體積V。油膜面積的測量：油膜形狀穩(wěn)

19、定后，將玻璃板放在淺盤上，將油膜的形狀用彩筆畫在玻璃板上；將玻璃板放在坐標紙上，以1cm邊長的正方形為單位，用四舍五入的方法數(shù)出油膜面積的數(shù)值S（以cm2為單位）。由d=V/S算出油膜的厚度，即分子直徑的大小。15測定玻璃折射率（選考內(nèi)容）關(guān)鍵是設(shè)法畫出某細束光在空氣射向玻璃發(fā)生折射時，空氣中的光線和玻璃中的對應(yīng)光線。有了這兩條光線，再結(jié)合界面和法線，找到相應(yīng)的入射角和折射角，再按定義求折射率。P1、P2的作用是確定唯一的一條入射光線（它們發(fā)出的所有光線中重合的那一條）。P3能同時擋住P1、P2的像，說明P3在這條入射光線經(jīng)過兩次折射后的射出光線上；P4能同時擋住P1、P2的像和P3，說明P4

20、也在這條入射光線經(jīng)過兩次折射后的射出光線上。只要畫出了入射光線和相應(yīng)的折射光線，求折射率的方法可以有多種。irOABMNirMBANOir 用量角器量出入射角i和折射角r，從三角函數(shù)表查出它們的正弦值，根據(jù)折射定律計算折射率。以入射點O為圓心，以適當長（如OB）為半徑畫圓，和入射光線和折射光線分別交于A、B，從A、B分別向法線做垂線，分別交法線于M、N，用刻度尺量出AM、BN的長度，則折射率等于AM/BN。從B點做上表面的垂線，交上表面于M，延長AO與BM交于N，用刻度尺量出OB、ON的長度，則折射率等于OB/ON。注意事項：手拿玻璃磚時，不準觸摸光潔的光學面，只能接觸毛面或棱，嚴禁把玻璃磚當

21、尺畫玻璃磚的界面；實驗過程中，玻璃磚與白紙的相對位置不能改變；大頭針應(yīng)垂直地插在白紙上，且玻璃磚每一側(cè)的兩個大頭針距離應(yīng)大一些，以減小確定光路方向造成的誤差；入射角應(yīng)適當大一些，以減少測量角度的誤差。 16用雙縫干涉測光的波長（選考內(nèi)容）用雙縫干涉測光的波長的實驗設(shè)備示意圖如右。圖中是光源，是濾光片，是單縫，是雙縫，是光屏。實驗中，若已知雙縫到光屏之間的距離l和雙縫之間的距離d。用測量頭測量相鄰亮紋間的距離，方法是：先將測量頭目鏡中中看到的分劃板中心刻線對準某條亮紋的中心，然后轉(zhuǎn)動測量頭，使分劃板中心刻線對準另一條亮紋的中心，由兩次手輪上的示數(shù)可以計算出相鄰亮紋間的距離x，再由公式計算所測單色

22、光的波長。三、技巧方法（一）實驗的主要思想方法在中學物理實驗中涉及的主要的思想方法有:1.等效法：等效方法是物理學研究的重要方法,也是物理實驗中常用的方法.如碰撞中的動量守恒實驗中,用小球的水平位移代替小球的水平速度；替代法測電阻更是等效法的直接應(yīng)用等等。2.累積法：把某些難以直接準確測量的微小量累積后測量,提高測量的精確程度.如測單擺振動的周期,應(yīng)測量單擺多次全振動的時間除以全振動次數(shù),以減少個人反應(yīng)時間造成誤差的影響.在初中物理中也曾經(jīng)學過用累積法測細銅線的直徑.3.控制變量法：在許多的實驗中,可以先控制一些量不變,依次研究某一個的影響.如牛頓第二定律實驗中可以先保持質(zhì)量一定,研究加速度和

23、力的關(guān)系；再保持力一定,研究加速度和質(zhì)量的關(guān)系.4.留跡法：把瞬息即逝的現(xiàn)象(位置,軌跡,圖象等)記錄下來,如通過紙帶上打出的小點記錄小車的位置;用描跡法畫出平拋物體的運動軌跡;用沙擺顯示振動的圖象。（二）實驗數(shù)據(jù)的處理數(shù)據(jù)處理是對原始實驗記錄的科學加工,通過數(shù)據(jù)處理,往往可以從一堆表面上難以查覺的、似乎毫無聯(lián)系的數(shù)據(jù)中找出內(nèi)在的規(guī)律，在中學物理中常用的數(shù)據(jù)處理方法有：1 列表法將實驗數(shù)據(jù)記錄列成表格，可以簡單而又明確的表示出有關(guān)物理量之間的關(guān)系，有助于找出物理量之間的規(guī)律性聯(lián)系，具體采用時要注意寫上標題、必要的說明、反映測量結(jié)果的的有效數(shù)字等等，2 作圖法建立合適的直角坐標系，將實驗采集得到

24、的若干組數(shù)據(jù)描于坐標系中，然后用平滑的曲線連成一定的圖像，借助于圖像的直觀性來揭示物理量之間的規(guī)律性聯(lián)系。（三）如何選取擇電學儀器和實驗電路1實驗儀器的選擇電學儀器主要是：電表、滑線變阻器、電源等器件，常從以下入手：(1).安全性原則:在實驗中不損壞儀器或儀表,主要表現(xiàn)在安培表和伏特表測量值不超過最大量程,滑動變阻器、電源中通過的電流應(yīng)小于額定電流，可依據(jù)歐姆定律算出實驗電路調(diào)節(jié)中的電流值范圍，再和某器材的最大電壓和給定值相比較、選擇。(2).可行性原則：選擇器材要適用。且采用正確連接，保證實驗順利進行，且符合實驗的要求范圍。(3).方便性原則：選擇的器材便于操作，如對不同阻值滑動變阻器連入電

25、路采用不同的接法，對用電器可有分流、分壓、限流等不同用途，采用正確的連接能夠既得到滿足實驗要求的電壓范圍，同時調(diào)節(jié)時電壓表現(xiàn)為線性穩(wěn)定變化。(4).準確性原則：選擇的儀器使實驗誤差盡量小，實驗精度盡量高，主要表現(xiàn)在：安培表、伏特表量程的選擇應(yīng)使指針指在滿刻度的2/3以上讀數(shù)準確，歐姆表量程的選擇，應(yīng)使指針指在中心刻度附近最準確。2實驗電路（電流表內(nèi)外接法）的選擇外接法中由于電壓表分流，使測量值偏小，適宜測量阻值較小的電阻，可記為“外小小”；內(nèi)接法中由于電流表分壓，使測量值偏大，適宜測量阻值較大的電阻，可記為“內(nèi)大大”。3控制電路的選擇主要是滑線變阻器分壓式與限流式接法的選擇（1）、兩種接法的區(qū)

26、別之處：對被測電阻R上的電壓調(diào)節(jié)能力不同；對被測電阻R中的電流調(diào)節(jié)能力不同；電能的損耗不同。（2）、常用的選擇方法如下：負載電阻的阻值R0遠大于變阻器的總電阻R須用分壓式電路；要求負載上電壓或電流變化范圍較大，且從零始可調(diào)，須用分壓式電路；負載電阻的阻值R0小球變阻器的總電阻R或相差不多，且電壓電流變化不要求從零調(diào)起時，可采用限流接法；兩種電路均可采用的情況下，應(yīng)優(yōu)先采用限流式法，因為限流接法總功耗較??；特殊問題中還要根據(jù)電壓表和電流表量程以及電阻允許通過的最大電流來反復(fù)推敲，以更能減小誤差的連接方式為好。（四）設(shè)計型實驗的分析思路在確保符合設(shè)計的科學性、安全性、方便性、準確性原則的前提下，設(shè)

27、計性實驗的關(guān)鍵是設(shè)計和選擇實驗原理。它是進行實驗設(shè)計的依據(jù)和起點，它決定了應(yīng)當測量哪些物理量，如何安排實驗步驟等各個環(huán)節(jié)，只有在真正集會實驗原理的基礎(chǔ)上，才可能進而理清實驗思路、掌握實驗方法，確保實驗過程中每一環(huán)節(jié)都能正確、有序地進行。題目要求和給出的條件演示和分組實驗的實驗原理物理規(guī)律和原理基本儀器的使用知識需測物理量和所需器材實驗步驟數(shù)據(jù)處理實驗原理圖18實驗設(shè)計可用下面的框圖表示掌握基本儀器的使用方法、基本的實驗方法和基本物理原理是解答設(shè)計型實驗題的基礎(chǔ)。四、例題解析 【例1】（03年江蘇12）實驗裝置如圖中圖1所示，一木塊放在水平長木板上，左側(cè)拴有一細軟線，跨過固定在木板邊緣的滑輪一重

28、物相連，木塊右側(cè)與打點計時器的紙帶相連。在重物牽引下，木塊在木板上向左運動，重物落地后，木塊繼續(xù)向左勻減速運動。圖2給出了重物落地后，打點計時器在紙帶上打出的一些點，試根據(jù)給出的數(shù)據(jù)，求木塊與木板間的摩擦因數(shù)，要求寫出主要的運算過程，結(jié)果保留2位有效數(shù)字。（打點計時器所用交流電頻率為50Hz,不計紙帶與木板間的拉力。取重力加速度g=10m/s2） 【思路串講】由給出的數(shù)據(jù)可知，重物落地后，木塊連續(xù)相等的時間T內(nèi)的位移分別是S17.72cm,S2=7.21cm,S3=6.71cm,S4=6.25cm,S5=5.29cm S6=5.76cm,S7=4.81cm,S8=4.31cm.以a表示加速度，

29、根據(jù)勻變速直線運動的規(guī)律，有 ，又知T=0.04s，解得a=-3.0m/s2重物落地后只受摩擦力的作用，以表示木塊的質(zhì)量，根據(jù)牛頓定律，有 解得=0.30 ?！纠?】(01理綜天津、江西29)實驗室中現(xiàn)有器材如實物圖1所示，有：電池E，電動勢約10V，內(nèi)阻約1；電流表A1，量程10A，內(nèi)阻r1約為0.2；電流表A2，量程300mA，內(nèi)阻r2約為5；電流表A3，量程250mA，內(nèi)阻r3約為5；電阻箱R1，最大阻值999.9，阻值最小改變量為0.1；滑線變阻器R2，最大阻值100；開關(guān)S；導(dǎo)線若干。要求用圖2所示的電路測定圖中電流表A的內(nèi)阻。 圖1 圖2（1）在所給的三個電流表中，哪幾個可用此電路

30、精確測出其內(nèi)阻？（2）在可測的電流表中任選一個作為測量對象，在實物圖上連成測量電路。（3）你要讀出的物理量是_。用這些物理量表示待測內(nèi)阻的計算公式是_?！舅悸反v】首先確定可以精確測量的是A2、A3兩電流表，若A2、A3兩電流表的讀數(shù)I2、I3和電阻箱R1的阻值R1；據(jù)并聯(lián)電路電壓相等原理可知，所以【答案】（1）A2、A3（2）若測r3，實物圖如圖：（將A2、A3的位置互換不扣分；將A2、A3換成A1，或連線有錯，都不給分。）（3）A2、A3兩電流表的讀數(shù)I2、I3和電阻箱R1的阻值R1 。 （計算公式與測量實物圖要相符，否則不給分。如圖不正確也不給分）【例3】（04天津）現(xiàn)有一塊59C2型的

31、小量程電流表G（表頭），滿偏電流為，內(nèi)阻約為800850，把它改裝成、的兩量程電流表?？晒┻x擇的器材有：滑動變阻器R1，最大阻值20；滑動變阻器，最大阻值電阻箱，最大阻值定值電阻，阻值；電池E1，電動勢1.5V；電池，電動勢；電池，電動勢；（所有電池內(nèi)阻均不計）標準電流表A，滿偏電流；單刀單擲開關(guān)和，單刀雙擲開關(guān)，電阻絲及導(dǎo)線若干。（1）采用如圖1所示電路測量表頭的內(nèi)阻，為提高測量精確度，選用的滑動變阻器為 ；選用的電池為 。圖1（2）將G改裝成兩量程電流表?，F(xiàn)有兩種備選電路，對于圖2和圖3。圖 為合理電路，另一電路不合理的理由是 。 圖2 圖3（3）將改裝后的電流表與標準電流表逐格進行核對（

32、僅核對1mA量程），畫出所用電路圖，圖中待核對的電流表符號用來表示。【思路串講】（1）在電流表半偏法測表頭內(nèi)阻中，為了減小誤差，電池應(yīng)選電動勢高的、滑動變阻器應(yīng)選阻值大的。所以滑動變阻器應(yīng)選，而電池應(yīng)選。（2）圖2為合理電路，因為圖3電路在通電狀態(tài)下，更換量程會造成兩分流電阻都未并聯(lián)在表頭兩端，以致流過表頭的電流超過其滿偏電流而損壞，所以不合理。（3）采用分壓式電路便于從零度連續(xù)校對，且兩個安培表應(yīng)串聯(lián)，電路圖參見答案?！敬鸢浮浚?） （或最大阻值） （或電動勢4.5V）（2） 2 圖3電路在通電狀態(tài)下，更換量程會造成兩分流電阻都未并聯(lián)在表頭兩端，以致流過表頭的電流超過其滿偏電流而損壞（3）如

33、右圖【例4】（04理綜四川、吉林22）用以下器材測量一待測電阻Rx的阻值（9001000）：電源E，具有一定內(nèi)阻，電動勢約為9.0V；電壓表V1，量程為1.5V，內(nèi)阻r1750；電壓表V2，量程為5V，內(nèi)阻r22500；滑線變阻器R，最大阻值約為100；單刀單擲開關(guān)K，導(dǎo)線若干。（1）測量中要求電壓表的讀數(shù)不小于其量程的，試畫出測量電阻Rx的一種實驗電路原理圖（原理圖中的元件要用題圖中相應(yīng)的英文字母標注）。（2）根據(jù)你所畫的電路原理圖在題給的實物圖上畫出連線。（3）若電壓表V1的讀數(shù)用U1表示，電壓表V2的讀數(shù)用U2表示，則由已知量和測得量表示Rx的公式為Rx_。 【思路串講】（1）常規(guī)的測電

34、阻的方法是伏安法，由于題中沒有給電流表，但給出了兩個內(nèi)阻已知的電壓表，故可考慮將兩電壓表串聯(lián)或并聯(lián)使用，通過電壓表的讀數(shù)及內(nèi)阻間接求出對應(yīng)電流，達到替代電流表的目的，電路原理圖見圖（2）實物連線見圖；（3）按串并聯(lián)規(guī)律分別對兩種電路列式，不難求出：Rx或Rx【例5】(04北京)為了測定電流表A1的內(nèi)阻，采用如圖1所示的電路。其中：A1是待測電流表，量程為300A，內(nèi)阻約為100；A2是標準電流表，量程是200A；R1是電阻箱，阻值范圍0999.9；R2是滑動變阻器；R3是保護電阻；E是電池組，電動勢為4V，內(nèi)阻不計；S1是單刀單擲開關(guān)，S2是單刀雙擲開關(guān)。(1)根據(jù)電路圖1，請在圖2中畫出連線

35、，將器材接成實驗電路 (2)連接好電路，將開關(guān)S2扳到接點a處，接通開關(guān)S1，調(diào)整滑動變阻器R2使電流表A2的讀數(shù)是150A；然后將開關(guān)S2扳到接點b處，保持R2不變，調(diào)節(jié)電阻箱R1，使A2的讀數(shù)仍為150A。若此時電阻箱各旋鈕的位置如圖3所示，電阻箱R1的阻值是 ，則待測電流表A1的內(nèi)阻Rg 。（3）上述實驗中，無論怎樣調(diào)整滑動變阻器R2的滑動端位置，都要保證兩塊電流表的安全。在下面提供的四個電阻中，保護電阻R3應(yīng)選用： （填寫阻值相應(yīng)的字母）。A.200k B.20k C.15k D.20（4）下面提供最大阻值不同的四個滑動變阻器供選用，既要滿足上述實驗要求，又要調(diào)整方便，滑動變阻器 （填

36、寫阻值相應(yīng)的字母）是最佳選擇。A.1k B.5k C.10k D.25k 【思路串講】（1）按電路原理圖，從電源正極出發(fā)順序連線，連線圖如下；（2）電阻箱讀數(shù)為8，顯然后來電阻箱R1接入電路的阻值與則待測電流表A1的內(nèi)阻Rg相等，故Rg86.3；（3）由于A2是標準電流表，量程是200A，且E是電池組，電動勢為4V，可以求出回路中最小電阻須為，從兩表安全的角度，故保護電阻選B；（4）滑動變阻器的選擇結(jié)合安合與調(diào)節(jié)的方便等要求，確定C最優(yōu)。五、誤區(qū)診斷本專題知識應(yīng)用的誤區(qū)常表現(xiàn)在對電學實驗器材的對選擇：不能恰當?shù)膹钠鞑牡牧砍?、允許通過的電流或所加的電壓、測量的準確程度（或從減小誤差的角度）、器材

37、的安全使用、操作的方便、實驗?zāi)康牡倪_到等方面考慮。電路設(shè)計一直是電學實驗考試的熱點和重點，在以課本學生實驗為原型，在實驗器材、實驗步驟題、數(shù)據(jù)處理等方面進行拓展、延伸、變化， 使電學實驗試題源于課本而高于課本，使試題充滿新意也正是考生的誤點所在.5999個【例7】一同學學習了螺旋測微器的原理后,想自己動手制造一個螺旋測微器,他找到了一對密紋螺絲螺母,為了測出螺距,他將毫米刻度尺緊靠在螺桿上,測量結(jié)果如圖27所示,則此密紋螺絲的螺距為 mm.接著他又在圓形螺母的外側(cè)均勻地刻上50個刻度,則從原理上說,該同學所制成的螺旋測微器的測量精度為 mm.誤點：搞不清螺絲螺母具體指圖中哪部分,對于螺旋測微器

38、的測微原理不清導(dǎo)致無法將知識遷移,無從入手。 辨析：由圖可知此密紋螺絲的螺距為，所以該同學所制成的螺旋測微器的測量精度為【例8】如圖所示，將包有白紙的圓柱棒總質(zhì)量為m替代紙帶和重物，蘸有顏料的毛筆固定在馬達上并隨之轉(zhuǎn)動，使之替代打點計時器當燒斷掛圓柱的線后，圓柱棒豎直自由落下，毛筆就在圓柱棒面上的紙上畫出記號，如圖5-28所示。測得記號之間的距離依次為26 mm、42mm、58mm、74mm、90mm、106mm，已知馬達銘牌上有“1 500rmin”字樣，由此驗證機械能守恒 由以上內(nèi)容回答下列問題： (1) 毛筆畫的線距時間間隔T_，右圖中圓柱棒的_端是懸掛端(填“左”或“右”) (2) 根

39、據(jù)圖中所給數(shù)據(jù)，可知毛筆畫下記號C時，圓柱棒下落速度vC_，畫下記號D時，圓柱棒下落速度vD_，動能的變化量為_，在這段位移上，圓柱棒重力勢能的變化為_，由此可得出結(jié)論為_誤點：不能將馬達銘牌上有“1 500rmin”進行正確的單位轉(zhuǎn)化，且在求重力勢能的變化時，想當然的按機械能守恒定律填成與動能變化量完全同，忽視了這是一個驗證性實驗。辨析：（1）馬達的轉(zhuǎn)速，也就是轉(zhuǎn)動周期為，所以毛筆畫的線距時間間隔為0.04s，而且由于圓棒自由下落，所以線距應(yīng)越來越小，故右圖中圓柱棒的左端是懸掛端 ； (2)毛筆畫下記號C時，圓柱棒下落速度，畫下記號D時，圓柱棒下落速度，（2）所以動能的變化量為，圓柱棒重力勢

40、能的變化為0.57mJ，可以得出的結(jié)論為：在誤差允許的范圍內(nèi)，物體在自由下落過程中機械能守恒答案： 左 在誤差允許的范圍內(nèi)，物體在自由下落過程中機械能守恒【例9】某同學采用如圖甲所示的電路測定電源電動勢和內(nèi)電阻，已知干電池的電動勢約為1.5V，內(nèi)阻約1，電壓表(0-3V 3k)，電流表(0-0.6A 1.0)，滑動變阻器有R1(10 2A)和R2(100 01A)各一只； (1)實驗中滑動變阻器應(yīng)選用 (選填R1.R2) (2)在圖乙中用筆畫線代替導(dǎo)線連接實驗電路圖甲(3)在實驗中測得多組電壓和電流值，得到 如圖丙所示的UI，由圖可較準確求出電源電動勢E= V， 內(nèi)阻r= 。誤點：實際操作能力

41、通過實物連線可以得到起現(xiàn)，尤其在確定電池的內(nèi)阻時忽視了安培表內(nèi)阻的影響。 辨析：(1)因為電流表的量程是0.6A，而R2 的額定電流僅0.1A，從測量時示數(shù)盡量大，指針偏轉(zhuǎn)要大一些的角度，可以選擇變阻器為R1 (2)實物連線如右圖所示 (3)將圖線延長縱軸截距即為電動勢1.48(1.47-1.49均正確) 電池內(nèi)阻 (0.780.89均正確) 六、鞏固練習1（03上海14）如圖所示，在研究平拋運動時，小球A沿軌道滑下，離開軌道末端（末端水平）時撞開輕質(zhì)接觸式開關(guān)S，被電磁鐵吸住的小球B同時自由下落。改變整個裝置的高度做同樣的實驗，發(fā)現(xiàn)位于同一高度的A、B兩球總是同時落地。該實驗現(xiàn)象說明了A球在

42、離開軌道后 A.水平方向的分運動是勻速直線運動B.水平方向的分運動是勻加速直線運動C.豎直方向的分運動是自由落體運動 D.豎直方向的分運動是勻速直線運動 2(03理綜22)根據(jù)試題要求填空或作圖。（1）圖1為多用電表的示意圖，其中S、K、T為三個可調(diào)節(jié)的部件，現(xiàn)用此電表測量一阻值約為20-30的定值電阻，測量的某些操作步驟如下：調(diào)節(jié)可調(diào)部件_，使電表指針停在_位置；調(diào)節(jié)可調(diào)部件K，使它的尖端指向_位置；將紅、黑表筆分別插入“+”、“”插孔，筆尖相互接觸，調(diào)節(jié)可調(diào)部件_，使電表指針指向_位置。（2）在用多用表測量另一電阻的阻值時，電表的讀數(shù)如圖2所示，該電阻的阻值為_。（3）現(xiàn)用伏安法測量（1）

43、問中的那個定值電阻Rx的阻值（約為20-30）。所供器材如下：電壓表V（量程0-15V，內(nèi)阻20），電流表A1（量程0-50mA，內(nèi)阻20）電流表A2（量程0-30mA，內(nèi)阻4） 滑動變阻器R（最大阻值為50，額定電流為1A）圖33直流電源E（電動勢約9V，內(nèi)阻約0.5）,電鍵K連線用的導(dǎo)線若干根。在以上器材中選出適當?shù)钠鞑?，畫出電路圖，要求在圖上標出所選器材的符號。（4）該電阻是由電阻絲繞成的，為了求得該電阻線材料的電阻率，需用螺旋測微器測量電阻絲的直徑，結(jié)果如圖3，其讀數(shù)為 _。3.（04天津）現(xiàn)有一塊59C2型的小量程電流表G（表頭），滿偏電流為，內(nèi)阻約為800850，把它改裝成、的兩量

44、程電流表?？晒┻x擇的器材有：滑動變阻器R1，最大阻值20；滑動變阻器，最大阻值電阻箱，最大阻值定值電阻，阻值；電池E1，電動勢1.5V；電池，電動勢；電池，電動勢；（所有電池內(nèi)阻均不計）標準電流表A，滿偏電流；單刀單擲開關(guān)和，單刀雙擲開關(guān)，電阻絲及導(dǎo)線若干。（1） 采用如圖1所示電路測量表頭的內(nèi)阻，為提高測量精確度，選用的滑動變阻器為 ；選用的電池為 。圖1（2）將G改裝成兩量程電流表?，F(xiàn)有兩種備選電路，對于圖2和圖3。圖 為合理電路，另一電路不合理的理由是 。 圖2 圖3（3）將改裝后的電流表與標準電流表逐格進行核對（僅核對1mA量程），畫出所用電路圖，圖中待核對的電流表符號用來表示。4(0

45、1天津、江西)實驗室中現(xiàn)有器材如實物圖1所示，有：電池E，電動勢約10V，內(nèi)阻約1；電流表A1，量程10A，內(nèi)阻r1約為0.2；電流表A2，量程300mA，內(nèi)阻r2約為5；電流表A3，量程250mA，內(nèi)阻r3約為5；電阻箱R1，最大阻值999.9，阻值最小改變量為0.1；滑線變阻器R2，最大阻值100；開關(guān)S；導(dǎo)線若干。要求用圖2所示的電路測定圖中電流表A的內(nèi)阻。 圖1 圖2（1）在所給的三個電流表中，哪幾個可用此電路精確測出其內(nèi)阻？（2）在可測的電流表中任選一個作為測量對象，在實物圖上連成測量電路。（3）你要讀出的物理量是_。 用這些物理量表示待測內(nèi)阻的計算公式是_。參考答案:1. C 2.

46、 （1）S，左檔的“0”；歐姆檔的1；T，右端的“0”； （2）200k （寫成20k也對）（3）0.700mm3. （1） （或最大阻值） （或電動勢4.5V）（2） 2 圖3電路在通電狀態(tài)下，更換量程會造成兩分流電阻都未并聯(lián)在表頭兩端，以致流過表頭的電流超過其滿偏電流而損壞（3）如右圖4.（1）A2、A3（2）若測r3，實物圖如圖：（將A2、A3的位置互換不扣分；將A2、A3換成A1，或連線有錯，都不給分。）（3）A2、A3兩電流表的讀數(shù)I2、I3和電阻箱R1的阻值R1 。七、高考預(yù)測 1為了測定和描繪“220V 40W”白熾電燈燈絲的伏安特性曲線，可以利用調(diào)壓變壓器供電。調(diào)壓變壓器是一種

47、自耦變壓器，它只有一組線圈L繞在閉合的環(huán)形鐵心上，輸入端接在220V交流電源的火線與零線間，輸出端有一個滑動觸頭P，移動它的位置，就可以使輸出電壓在0250V之間連續(xù)變化，圖甲中畫出的是調(diào)壓變壓器的電路圖符號.實驗室內(nèi)備有交流電壓表，交流電流表，滑動變阻器，開關(guān)，導(dǎo)線等實驗器材?；鹁€零線（1）在圖甲中完成實驗電路圖（滑動變阻器用作限流）。（2）按你的實驗電路圖進行測量，如果電表內(nèi)阻的影響不能忽略，則在測量中存在一定的誤差，以下關(guān)于誤差的分析，正確的是 （ ）A如果采用電流表外接法，電壓高段誤差更大B如果采用電流表外接法，電壓高段誤差更小C如果采用電流表內(nèi)接法，電壓高段誤差更大D如果采用電流表內(nèi)

48、接法，電壓高段誤差更?。?）如果根據(jù)測量結(jié)果作出的伏安特性曲線如圖乙所示，試根據(jù)圖線確定，把兩個完全相同的“220V 40W”白熾電燈串聯(lián)在220V交流電源的火線與零線間，這兩只電燈消耗的總電功率 W思考：（1）連結(jié)電路圖時將P/接到火線上（裝開關(guān)），在左側(cè)的輸出端P接白熾燈（安培表內(nèi)接、外接均正確） （2）外接法中誤差的原因是電壓表分流，而電壓越高燈絲電阻越大，所以在電壓較高段比較而言電壓表的分流作用變強，造成誤差增大，同理如果采用電流表內(nèi)接法，電壓高段誤差較小，選項A D正確。（3）兩個完全相同的“220V 40W”白熾電燈串聯(lián)時電流相同，兩燈泡均分到110V電壓，由圖可知此時電流為0.2

49、2A,所兩只燈泡的總電功率為答案：(1)內(nèi)外接法均可 (2) A D (3) 2像打點計時器一樣，光電計時器也是一種研究物體運動情況的常用計時儀器，其結(jié)構(gòu)如圖1所示，a、b分別是光電門的激光發(fā)射和接收裝置，當有物體從a、b間通過時，光電計時器就可以顯示物體的擋光時間. 現(xiàn)利用如圖2所示裝置測量滑塊和長1m左右的木板間的動摩擦因數(shù).圖中MN是水平桌面，Q是木板與桌面的接觸點，1和2是固定在木板上適當位置的兩個光電門，與之連接的兩個光電計時器沒有畫出.此外在木板頂端的P點還懸掛著一個鉛錘，讓滑塊從木板的頂端滑下，光電門1、2各自連接的計時器顯示的擋光時間分別為5.0102s和2.0102s.用游標卡尺測量小滑